Бурштинський М.В. Копчак Л.С. Хай М.В. Апарати захисту та керування в електричних установках низької напруги

Подождите немного. Документ загружается.

загалом. Вибір тих або інших показників якості (як правило, супе-

речливих) залежить від об’єкта керування та захисту й вимог до нього.

1.1.4. Основним завданням, яке виникає під час вибору апа-

ратури захисту асинхронного двигуна, є узгодження часострумових

характеристик апаратів захисту 1 з граничнодопустимими наванта-

женнями за струмом і часом споживачів 2 (рис. 1). Для кожного

конкретного типу споживачів найповніше узгодження може бути

досягнуте за умови використання визначеного типу апаратів захисту.

Рис. 1. Узгодження часострумової характеристики

апарата захисту 1 і навантажувальної характеристики АД 2:

ном

, І

удп

– відповідно номінальний, пусковий та ударний пусковий

струми двигуна

Найповніше узгодження захисних і навантажувальних характе-

ристик досягається тоді, коли часострумова характеристика апарата про-

ходить понад і якомога ближче до захисної характеристики споживача.

1.2. Універсальні блоки захисту АД

1.2.1. Різні виробники постійно працюють над створенням

ефективного і повноцінного захисту АД. Але завдання створення

захисного пристрою, який контролює струми, виявилось доволі склад-

ним. По-перше, струм необхідно вимірювати якомога точніше, адже

відомо, що тривала робота АД зі струмовим перевантаженням лише

5 % від номінального скорочує термін служби обмоток у 10 разів. По-

друге, у разі сильного відхилення форми кривої струму від синусоїди

необхідно визначати діючі значення струмів або максимально до них

наближені, оскільки контроль за піковими значеннями струму є

недопустимим, адже це призводить до помилкових спрацьовувань. По-

третє, необхідно забезпечити пуск АД при 7–8-кратних пускових стру-

мах, одночасно забезпечуючи вимикання двигуна навіть за невеликих

тривалих перевантажень. По-четверте, захист від перевантаження

повинен бути “розумним”, тобто час спрацьовування має залежати від

струму. По-п’яте, необхідно вимикати недовантажений двигун у разі

виникнення недопустимої несиметрії струмів, тобто враховувати ре-

жим, коли струми ще не досягли небезпечних значень, але їхня

несиметрія (за наявності, наприклад, міжвиткових замикань тощо)

призводить до биття ротора. По-шосте, необхідно враховувати тепло,

яке виділяється під час пусків двигуна, адже під час частих пусків

двигун може перегрітися пусковими струмами, навіть коли наванта-

ження на валу значно нижче від номінального. Попри це, необхідно

розрізняти види аварій і стосовно кожної приймати окреме рішення:

можна чи не можна вмикати двигун повторно. Усі ці завдання успішно

розв’язують універсальні блоки захисту асинхронних двигунів. У таких

блоках, які створені на мікропроцесорній основі електротехнічною

фірмою “Новатек” зокрема, реалізується:

1) просте виставляння з високим ступенем точності номіналь-

них струмів АД до його пуску;

2) векторний аналіз струмів, які протікають в обмотках двигуна,

що дало змогу, не погіршуючи достовірності, використовувати тільки два

лінійні давачі струму;

3) постійний контроль напруги та струмів, що забезпечує мож-

ливість розрізняти види аварій та застосовувати стосовно кожної

різну логіку прийняття рішень;

4) розв’язування за диференційним рівнянням теплового ба-

лансу АД, що дало змогу приймати правильні рішення про наявність

теплового перевантаження;

5) вимірювання опору корпусної ізоляції обмоток АД до

його пуску;

6) можливість приймати рішення на вимикання за диферен-

ційним струмом (фактично за струмом витоку) під час роботи АД.

Розглянемо функціональні можливості, комплектування, ор-

ганізацію схеми керування та пульт керування універсального блока

захисту названої вище фірми типу УБЗ-301М (рис. 2 та 4).

а б

Рис. 2. Універсальний блок захисту асинхронних електродвигунів УБЗ-301М:

1 – ручка виставляння номінального струму; 2 – ручка додавання частки

струму до номінального, виставленого ручкою 1, яка в сумі із номінальним

задає робочий струм; 3 – ручка виставляння часу Т

(час вимкнення

при двократному перевантаженні); 4 – ручка сполученого задання

спрацьовування за U

mіn

max

; 5 – ручка задання допустимого перекосу фаз;

6 – ручка виставляння спрацьовування за мінімальним струмом;

7 – ручка виставляння часу автоматичного повторного вмикання;

8 – зелений світлодіод (с-д.) наявності напруги в мережі/покажчик

установленого номінального струму; 9, 10, 11 – червоні с-д. індикації

аварій; 12 – зелений с-д. увімкнення навантаження; 13 – вихідні клеми;

14 – вхідні клеми (Х1, Х2, Х3 – зв’язок із блоком обміну БО-01);

15 – клема контролю ізоляції

Блок (рис. 2, а) комплектується трьома тороїдними давачами

струму, два з яких – давачі струму в лінії (трансформатори струму

ТС1, ТС2), через які проходять силові фазні проводи. Третій давач

відрізняється збільшеним діаметром – диференційний трансфор-

матор струму (ДТС), через який проходять три силові провідники.

Клемами блока 6, 7, 8, 9 (рис. 2, б) його вмикають паралельно

до контрольованої мережі. На виході контакти 1–2 – замкнені, а 3–4 –

розімкнені. Вихідні контакти 3–4 (ХУ1–ХУ2) вмикаються в розрив

кола живлення котушки контактора, яким керує блок (рис. 4). Під

час подавання команди на вмикання двигуна контакти 3–4 замика-

ються, що призводить до вмикання контактора К2; у разі подавання

команди на вимикання названі контакти розмикаються.

1.2.2. Блок здійснює повний і ефективний захист електро-

устаткування як перед його вмиканням у мережу, так і його вимк-

ненням після під’єднання до мережі у разі:

1) неякісної напруги (недопустимі стрибки напруги, обриви

фаз, порушення чергування і злипання фаз, перекіс фазних/лінійних

напруг);

2) механічних перевантажень, що ведуть до симетричного пере-

вантаження за фазними/лінійними струмами – захист від переван-

таження з відповідною витримкою часу невимикання;

3) несиметричних фазних/лінійних струмів, які зв’язані з ушкод-

женнями усередині двигуна – захист від перекосів фазних струмів

без перевантаження чи з ним;

4) зникнення моменту на валу АД (наприклад, “сухий хід” для

помп) – захист за мінімальним робочим і/чи пусковим струмом;

5) недопустимо низького рівня ізоляції до корпусу (перевірка

перед вмиканням і блокування пуску при поганій ізоляції);

6) замикання на “землю” обмотки статора під час роботи –

захист за струмами витоку на “землю”.

1.2.3. Блок має сім незалежних регулювань. Для зручності

користування шліци регулювальних потенціометрів виведені на

лицьову панель блока. Розташування потенціометрів та їхні позначення

наведені на рис. 2. Суть позначень:

1 – І

(А) – встановлення номінального струму; одинадцять

положень, кожне з яких відповідає конкретному струмові з таблиці

номінальних струмів (табл. 1).

Таблиця 1

Таблиця номінальних струмів

Поділки потенціометра 1

Номінальний

струм, А

Миготіння зеленого

світлодіода МЕРЕЖА

1 10 1 миг.- пауза

2 12,5 2 миг.- пауза

3 16 3 миг.- пауза

4 20 4 миг.- пауза

5 25 5 миг.- пауза

6 32 6 миг.- пауза

7 40 7 миг.- пауза

8 50 8 миг.- пауза

9 63 9 миг.- пауза

10 80 10 миг.- пауза

11 100 11 миг.- пауза

Примітка. Постійне світіння зеленого світлодіода МЕРЕЖА свідчить про

те, що потенціометр встановлений у “мертвій” зоні. Необхідно

встановлювати потенціометр так, щоб цей світлодіод миготів;

кількість його миготінь відповідає виставленому номінальному

струмові.

2 – % від І

– ручка додавання частки струму до номіналь-

ного, виставленого ручкою 1, яка в сумі із номінальним задає ро-

бочий струм; десять положень у відсотках від номінального з

верхньою межею ±15 %;

3 – Т

(с) – час спрацьовування за перевантаженням (див. п. 2.1.6);

4 – U

(%) – суміщене регулювання порогу за максимальною/міні-

мальною напругою у відсотках від номінальної; відповідно до цієї

уставки перед вмиканням навантаження блок перевіряє рівень напруги

мережі і залежно від його значення дозволяє або не дозволяє вмикання

навантаження; після вмикання навантаження контроль за напругою

зберігається, але рішення на вимкнення приймається тільки за

перевищення рівня напруги мережі на 50 В вище від виставленої

уставки. Це позв’язано з тим, що після увімкнення навантаження

рішення на вимикання приймаються за струмами;

5 – ПФ(%) – регулювання порогу спрацьовування за пере-

косом лінійних напруг і діючих значень фазних струмів. Параметр

розраховується як різниця між меншим і більшим значенням у

відсотках від більшого. Якщо перекіс за струмами у відсотках удвічі

більший від перекосу за напругою – вважається, що перекіс

спричинений ушкодженнями усередині двигуна, а не перекосом у

мережі. Під час такої аварії забороняється АПВ, блок блокується;

6 – І

мін

(%І

) – регулювання порога спрацьовування за міні-

мальним робочим струмом, у відсотках від установленого робочого.

У положенні “0” – регулювання виведене;

7 – Т

вкл

– час АПВ у секундах; від 0 до 600 с за логариф-

мічною шкалою.

1.2.4. Засоби індикації. Блок має п’ять світлодіодів (с-д.): два

зелені – МЕРЕЖА та НАВАНТАЖЕННЯ і три червоні – ІЗОЛЯЦІЯ,

ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ та АВАРІЯ U.

Про стан системи та режим роботи блока інформує як світіння

одного із світлодіодів, так і комбінація та режим їхнього світіння.

1.2.5. Робота блока і суть індикації перед вмиканням бло-

ком навантаження під час подання на блок напруги:

1) світиться постійно зелений с-д. МЕРЕЖА – потенціометр

(А) встановлений у “мертвій зоні” (див. примітку до табл. 2);

2) миготить зелений с-д. МЕРЕЖА – кількість миготінь між

паузами відповідає конкретному номінальному струмові за табл. 2;

3) світиться постійно червоний с-д. ІЗОЛЯЦІЯ – недопустимо

низький рівень ізоляції статора і/чи підвідного кабелю (менше від

500 кОм), навантаження не вмикається;

4) миготить червоний с-д. АВАРІЯ U – обрив фази чи перекіс

фаз вище від заданого чи діюче значення лінійної напруги, вище/нижче

від заданого, навантаження не вмикається;

5) миготять почергово всі червоні с-д. – неправильне чергу-

вання фаз чи злипання фаз, навантаження не вмикається.

Якщо всі параметри в нормі, то через час Т

вкл

навантаження

вмикається і загоряється зелений с-д. НАВАНТАЖЕННЯ.

1.2.6. Робота блока і суть індикації після вмикання блоком

навантаження. Після вмикання навантаження блок здійснює

контроль за напругою і струмами, зокрема і витоку. Прийняте на

вимикання навантаження рішення висвічується так:

1) миготить червоний с-д. АВАРІЯ U – перевищення діючого

значення напруги на 50 В від виставленої на потенц. U

(%) уставки

або перекіс за струмами (уставка на потенц. ПФ(%)) менший ніж

перекіс за напругою, АПВ дозволене;

2) світиться постійно червоний с-д. АВАРІЯ U – перекіс за

струмами перевищує уставку (потенц. ПФ (%)) і менше ніж удвічі

перевищує перекіс за напругою, АПВ дозволене;

3) світяться постійно всі червоні с-д. – перекіс за струмами

перевищує уставку (потенц. ПФ (%)), та більш ніж удвічі перевищує

перекіс за напругою мережі – навантаження відмикається, АПВ

заборонене. Передбачається, що такий вид аварії пов’язаний з

ушкодженням усередині двигуна. Для подальшого вмикання

навантаження необхідно зняти напругу з блока;

4) миготить червоний с-д. ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ – попереджен-

ня про перевищення діючого значення струму над виставленим

робочим (уставка на потенц. І

(А), % від І

), навантаження не

вимикається;

5) світиться постійно червоний с-д. ПЕРЕВАНТАЖЕННЯ –

струмове перевантаження призвело до теплового аварійного, АПВ

дозволене;

6) миготять одночасно усі червоні с-д. – значення робочого

струму менше від І

мін

(уставка на потенц. І

мін

(%І

)), АПВ заборонене.

Для подальшого вмикання навантаження зняти напругу з блока.

1.2.7. Захист двигуна від теплового перевантаження. Під час

роботи двигуна блок розв’язує рівняння теплового балансу за умов, що:

1) до вмикання двигун був холодним;

2) під час роботи двигуна виділяється тепло, пропорційне

квадратові струму;

3) після вимкнення двигуна він вистигає за експонентою.

Часострумова характеристика, яку реалізує блок, у відносних

одиницях наведена на рис. 3. Для прикладу у табл. 2 наведено

часострумову характеристику як функцію поточного часу затримки

вимкнення Т від відносного поточного робочого струму, коли уставка

потенц. Т

перебуває у положенні 60 с (стандартне значення).

1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

I/I

ном

Т/Т

в.о.

Рис. 3. Відносна часострумова характеристика

Таблиця 2

Часострумова характеристика для Т

= 60 с

I/I

ном

1.1 1.2 1.4 1.7 2 2.7 3 4 5 6 7 8 10 15

Т,

365 247 148 88,6

60 36,4

24,6

13,5

8,5 5,9 4,3 3,3 2,1 0,9

Після вимкнення навантаження за тепловим перевантаженням

АПВ дозволене, але у своєрідний спосіб:

• якщо уставка Т

вкл

= 0, то час вмикання визначається за

експонентою, коли двигун охолоне на 30 % від нагро-

мадженого тепла;

• якщо уставка Т

вкл

≠0, то до значення часу, визначеного за

експонентою, додається час уставки Т

вкл

Підбираючи різні Т

вкл

, можна досягти обмеження кількостей

пусків на одиницю часу, оскільки при повторно-короткочасному

режимі роботи блок запам’ятовує кількість тепла, яке виділяється

під час пуску двигуна.

2. ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА

2.1. Програма та послідовність роботи

2.1.1. Ознайомитись з лабораторною установкою (рис. 4),

паспортом, технічними характеристиками та описанням універсаль-

ного блока захисту електродвигунів УБЗ-301М.

За допомогою лабораторного дослідження вивчити запропоно-

вані функціональні можливості блока захисту включно з індикацією

ситуацій до вмикання блоком навантаження та після його вмикання.

Алгоритм досліджень разом з деякими процедурами подано

пунктами 2.1.2...2.1.12.

2.1.2. Зібрати схему. При вимкненому автоматичному

вимикачі QF1 та в положенні 1 перемикача S7, 1v2 – перемикача

S3, 1 – перемикача S4, 0 – перемикача S2, увімкненому

перемикачі S6 та вимкненому S8 подати напругу мережі (вимикач

XA1) на вхід регулятора напруги Т1.

2.1.3. Установити на входах L1, L2, L3, N конструктивного

модуля КМОД номінальну напругу; перевірити її якість за

величиною та перекосом.

2.1.4. За максимальних опорів навантаження R2, R3, R4 у

режимі НАЛАГОДЖЕННЯ (перемикач S7 в положенні 1)

увімкнути вимикач QF1. За показами амперметрів Р4, Р5, Р6

установити номінальні робочі струми навантаження.

К1

QF1

1 2

L3(L1чиL2)

XA1

Мережа ~220 B

XУ1

XУ2

TC1п

TC1к

TC2п

TC2к

ДTCп

ДTCк

БО-01

УБЗ

301М

К2

P5 P6

X7 X9X8 X10

TC1

TC2

ДTC

К2

1 2 3 4

КМОД

КМ1

КМ2

А1

R3 R4R1

К1

1 2

Рис.4. Лабораторна установка

Рис. 4. Лабораторна установка